化学家园

金属晶体精讲

                                      

一、金属共同的物理性质

     容易导电、导热、有延展性、有金属光泽等。

    [教师诱启]前面我们知道离子晶体、分子晶体、原子晶体有着不同的物理性质特点，且分别由它们的晶体结构所决定，那么金属的这些共同性质是否也是由金属的结构所决定呢?

       硬球一个一个地堆积给同学观察，成形后再旋转让同学从不同角度进行观察，且拆散、堆积给学生分析。金属(除汞外)在常温下一般都是固体。通过X射线进行研究发现，在金属中，金属原子好像许多 硬球一层层紧密地堆积着，每一个金属原子周围有许多相同的金属原子围绕着，

    [设疑]金属中堆积的就是中性原子吗?

    [阅读并讨论]金属中由于金属原子的外层电子比较少，金属原子容易失去外层电子变成金属离子，在金属内部结构中，实际上按一定规律紧密堆积的是带正电荷的金属阳离子。

    [教师诱启]同样的带正电荷的金属阳离子本应相互排斥，为何还可以紧密地堆积在一起呢?

    [提示设疑]电子到哪里去了呢?

[讨论]学生分组讨论，教师引导分析：要使带正电荷的金属阳离子按一定规律紧密堆积，除非金属原子释出的电子在各金属离子间自由地运动，这样依靠金属阳离子与带负电荷的自由电子之间强烈的相互作用使金属离子紧密地堆积在一起。

二、金属晶体结构

    金属晶体：通过金属离子与自由电子之间的较强作用形成的单质晶体。

    [教师设问]构成金属晶体的粒子有哪些?

    [学生归纳]金属晶体由金属离子和自由电子构成。

    [引言]金属晶体的结构与其性质有哪些内在联系呢?

三、金属晶体的结构与金属性质的内在联系

    1．导电性

      在金属晶体中，存在着许多自由电子，这些自由电子的运动是没有一定方向的，但在外加电场的条件下自由电子就会发生定向运动，因而形成电流，所以金属容易导电。

晶体类型	离子晶体	金属晶体
导电时的状态
导电粒子

 [分析对比]让学生充分讨论、对比，并让一位同学归纳填写，然后教师点评上述表格，

2．导热性

导热是能量传递的一种形式，它必然是物质运动的结果，那么金属晶体导热过程中金属离子和自由电子担当什么角色?   

    [学生阅读]教材中有关内容。

    [分组讨论]①金属晶体导热过程中粒子运动情况如何?

             ②这些粒子通过什么方式传递热量?

             ③热量传递方向及最后整个金属晶体温度高低情况怎样?

    [学生汇报]选一位学生汇报学生讨论结果，其他学生补充。

     金属容易导热，是由于自由电子运动时与金属离子碰撞把能量从温度高的部分传到温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。

3．延展性

当其分别受到外力作用时，原子晶体中原子间的位移使共价键受到破坏，而金属晶体中各原子层发生相对滑动时，却保持了金属离子与自由电子之间的较强相互作用。

原子晶体受外力作用时，原子间的位移必然导致共价键的断裂，因而难以锻压成型，无延展性，而金属晶体中由于金属离子与自由电子间的相互作用没有方向性，各原子层之间发生相对滑动以后，仍可保持这种相互作用，因而即使在外力作用下，发生形变也不易断裂。

四．实验一 硫酸铜晶体中结晶水含量的测定(学生分析)

(1)学生动手写出实验仪器的名称。(托盘天平、研钵、坩埚、坩埚钳、三脚架、泥三角、玻璃棒、干燥器、酒精灯)

(2) 测定原理：CuS0₄·5H20中，Cu(H₂O)₄²⁺与 S0₄^2-·H₂0，其中前者是蓝色的，后者是_______色的。

    (3)测定误差分析：

你认为在_________条件下会导致实验失败。你认为产生误差的可能情况有哪些?    (至少写五种)

问题：脱水后的白色CuSO₄ 粉未为什么要放在干燥器中冷却？

    做此实验如果没有瓷坩埚、坩埚钳、铁架台等仪器，可用试管和试管夹代替来做，步骤如下：

    ①用天平准确称量出干燥试管的质量，然后称取已研碎的CuS0₄·5H₂0并放入干燥的试管。 CuSO₄·5H₂O应铺在试管底部。

    ②把装有CuS0₄·5H₂0的试管用试管夹夹住，使管口向下倾斜，用酒精灯慢慢加热。应先从试管底部加热，然后将加热部位逐步前移，至CuS0₄·5H₂0完全变白：当不再有水蒸气逸出时，仍继续前移加热，使冷凝管在试管壁上的水全部变成气体逸出。

    ③待试管冷却后，在天平上迅速称出试管和 CuS0₄的质量。

    ④加热，再称量，至两次称量误差不超过0.1为止。

   问题： 该实验为什么以两次称量误差不超过0.1 g(即 (0.1 g)作为标准?

    答：用加热的方法除去CuS04·5H₂0中的结晶水，为了避免加热时间过长或温度过高造成的CuS0₄分解，就不可避免的没有使CuSO4·5H2O中结晶水全部失去，这势必会造成新的误差。为此，本实验采取了多次加热的方法，以尽可能的使晶体中的结晶水全部失去。0.1 g是托盘天平的感量，两次称量误差不超过0.1 g，完全可以说明晶体中的结晶水已全部失去。

金属的物理性质由于金属晶体中存在大量的自由电子和金属离子(或原子)排列很紧密，使金属具有很多共同的性质。

    (1)状态：通常情况下，除Hg外都是固体。

    (2)金属光泽：多数金属具有光泽。但除Mg、Al、 Cu、Au在粉末状态有光泽外，其他金属在块状时才表现出来。

    (3)易导电、导热：由于金属晶体中自由电子的运动，使金属易导电、导热。

    (4)延展性

    (5)熔点及硬度：由金属晶体中金属离子跟自由电子间的作用强弱决定。

金属除有共同的物理性质外，还具有各自的特性。

    ①颜色：绝大多数金属都是银白色，有少数金属具有颜色。如Au  金黄色 Cu 紫红色  Cs 银白略带金色。

    ②密度：与原子半径、原子相对质量、晶体质点排列的紧密程度有关。最重的为锇(Os)  铂(Pt)  最轻的为锂(Li)

    ③熔点：最高的为钨(W)，最低的为汞(Hg)，Cs，为 28．4℃  Ca为30℃

    ④硬度：最硬的金属为铬(Cr)，最软的金属为钾 (K)，钠(Na)，铯(Cs)等，可用小刀切割。

    ⑤导电性：导电性能强的为银(Ag)，金(Au)，铜 (Cu)等。导电性能差的为汞(Hg)  

    ⑥延展性：延展性最好的为金(Au)，Al

【作者: 长空星雨】【访问统计:】【2008年02月4日 星期一 22:18】【注册】【打印】